(57)【要約】  【課題】  照明効率の高い照明光学系とそれを用いた画像投影装置を提供する。  【解決手段】  表示素子ＤＰの画像表示面を照明するための照明光学系であって、第１偏向プリズムＰ１がランプ１からの照明光を光路が互いに異なる２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像を第２偏向プリズムＰ２がインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置させる。インテグレータロッド２は空間的なエネルギー分布を均一化し、インテグレータロッド２から射出した照明光をリレー光学系３がリレーして射出端面２ｂの像を表示素子ＤＰの画像表示面上に形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示素子の画像表示面を照明するための照明光学系であって、照明光を発する光源と、その光源からの照明光を集光する集光光学系と、その集光光学系で集光された照明光の空間的なエネルギー分布を均一化するインテグレータロッドと、そのインテグレータロッドから射出した照明光をリレーしてインテグレータロッドの射出端面の像を前記画像表示面上に形成するリレー光学系と、を有し、前記光源から前記インテグレータロッドまでの光路間に、前記光源からの照明光を光路が互いに異なる少なくとも２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像を前記インテグレータロッドの入射端面上に位置させる偏向手段を有することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記偏向手段が、前記集光光学系の直後に配置された第１偏向プリズムと、前記インテグレータロッドの直前に配置された第２偏向プリズムと、から成ることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
前記偏向手段が、前記集光光学系と、前記インテグレータロッドの直前に配置された偏向プリズムと、から成り、前記集光光学系がリフレクターから成り、前記リフレクターの反射面が集光光学系の光軸を基準として互いに異なる上下方向又は左右方向に回転させて成る少なくとも２つの反射面の組み合わせから成ることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項４】
前記偏向手段が、前記インテグレータロッドの直前に配置された３つの偏向プリズムから成り、前記集光光学系側から順に、第１偏向プリズムと、第２偏向プリズムと、第３偏向プリズムと、から成ることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項５】
前記第１偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが薄くなる形状を有し、前記第２偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが厚くなる形状を有し、前記第３偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが厚くなる形状を有することを特徴とする請求項４記載の照明光学系。
【請求項６】
前記第１偏向プリズムと前記第２偏向プリズムが一体的に構成されていることを特徴とする請求項４記載の照明光学系。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明光学系と、複数の曲面ミラーにより光路を前記画像表示面の短辺方向に平行な面内で折り曲げて、前記画像表示面をミラーのパワーでスクリーン上に拡大投影する投影光学系と、備えたことを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明光学系と画像投影装置に関するものであり、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)やＬＣＤ(liquid crystal display)を表示素子とする画像投影装置と、その表示素子の画像表示面を照明するための照明光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像投影装置において、表示素子の画像表示面を均一に照明するためにインテグレータロッドを用いた照明光学系が従来より知られている。インテグレータロッドは画像表示面と相似形状(つまり長方形状)の入射端面及び射出端面を有しており、入射端面上には集光光学系により光源像が形成される。しかし、インテグレータロッドの入射端面では、その大きさにより光束の取りこぼしが生じる場合がある。光束の取りこぼしが生じると、光線の伝達効率の低下によって照明効率が低下することになる。
【０００３】
照明効率を向上させるために、インテグレータロッドの形状に特徴を持たせた照明光学系が特許文献１〜４で提案されている。例えば、特許文献１記載のインテグレータロッドでは断面形状が平行四辺形になっており、特許文献２記載のインテグレータロッドでは入射端面が射出端面よりも狭くなったテーパー状になっている。特許文献３記載のインテグレータロッドでは、入射端面が射出端面よりも狭くなったテーパー状で、しかも断面形状が平行四辺形になっている。また、特許文献４記載のインテグレータロッドでは、入射端面が射出端面よりも広くなったテーパー状の中空ロッドになっている。
【特許文献１】特許第３３１７２９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１４２７８０号公報
【特許文献３】特開２０００−２０６４５５号公報
【特許文献４】特開２００２−６２５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜４に記載されているように変形したインテグレータロッドは、製造が困難であり、その使用はコストアップを招く原因となる。このため、一般的な直方体形状のインテグレータロッドを用いた場合でも、高い照明効率が得られる照明光学系が求められている。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、照明効率の高い照明光学系とそれを用いた画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の照明光学系は、表示素子の画像表示面を照明するための照明光学系であって、照明光を発する光源と、その光源からの照明光を集光する集光光学系と、その集光光学系で集光された照明光の空間的なエネルギー分布を均一化するインテグレータロッドと、そのインテグレータロッドから射出した照明光をリレーしてインテグレータロッドの射出端面の像を前記画像表示面上に形成するリレー光学系と、を有し、前記光源から前記インテグレータロッドまでの光路間に、前記光源からの照明光を光路が互いに異なる少なくとも２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像を前記インテグレータロッドの入射端面上に位置させる偏向手段を有することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の照明光学系は、上記第１の発明において、前記偏向手段が、前記集光光学系の直後に配置された第１偏向プリズムと、前記インテグレータロッドの直前に配置された第２偏向プリズムと、から成ることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明の照明光学系は、上記第１の発明において、前記偏向手段が、前記集光光学系と、前記インテグレータロッドの直前に配置された偏向プリズムと、から成り、前記集光光学系がリフレクターから成り、前記リフレクターの反射面が集光光学系の光軸を基準として互いに異なる上下方向又は左右方向に回転させて成る少なくとも２つの反射面の組み合わせから成ることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の照明光学系は、上記第１の発明において、前記偏向手段が、前記インテグレータロッドの直前に配置された３つの偏向プリズムから成り、前記集光光学系側から順に、第１偏向プリズムと、第２偏向プリズムと、第３偏向プリズムと、から成ることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の照明光学系は、上記第４の発明において、前記第１偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが薄くなる形状を有し、前記第２偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが厚くなる形状を有し、前記第３偏向プリズムが前記インテグレータロッドの光軸に近い部分の厚みが厚くなる形状を有することを特徴とする。
【００１１】
第６の発明の照明光学系は、上記第４の発明において、前記第１偏向プリズムと前記第２偏向プリズムが一体的に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
第７の発明の画像投影装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明に係る照明光学系と、複数の曲面ミラーにより光路を前記画像表示面の短辺方向に平行な面内で折り曲げて、前記画像表示面をミラーのパワーでスクリーン上に拡大投影する投影光学系と、備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光源からインテグレータロッドまでの光路間に配置されている偏向手段が、光源からの照明光を光路が互いに異なる少なくとも２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像をインテグレータロッドの入射端面上に位置させる構成になっているため、光線の伝達効率の向上によって高い照明効率を得ることができる。したがって、本発明に係る照明光学系をリアプロジェクター，フロントプロジェクター等の画像投影装置に用いれば、照明効率の向上によるコンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に大きく寄与することができる。なかでも、複数の曲面ミラーにより光路を画像表示面の短辺方向に平行な面内で折り曲げて、画像表示面をミラーのパワーでスクリーン上に拡大投影する投影光学系に適用すれば、その高性能化及びミラーの小型化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施した照明光学系，画像投影装置等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１５】
《第１の実施の形態(図１，図２)》
図１に、第１の実施の形態に係る照明光学系ＩＬ１を備えた背面投写型画像投影装置(リアプロジェクター)の光学構成全体(光学配置，投影光路等)を、表示素子ＤＰの画像表示面の長辺方向に沿って見たときの光学断面で示す。また、図２に照明光学系ＩＬ１の要部を拡大して示す。図２(Ａ)は照明光学系ＩＬ１の上面図であり、図２(Ｂ)は照明光学系ＩＬ１の側面図である。図１，図２において、１はランプ、２はインテグレータロッド、３はリレー光学系、２ａはインテグレータロッド２の入射端面、２ｂはインテグレータロッド２の射出端面、Ｐ１は第１偏向プリズム、Ｐ２は第２偏向プリズム、ＤＰは長方形状の画像表示面を有する表示素子、Ｍ１〜Ｍ４は第１〜第４曲面ミラー、ＬＮは屈折レンズ、ＭＦは平面反射面を有する背面ミラー、ＳＣはスクリーンである。
【００１６】
また図２において、１ａは光源、１ｂは楕円反射面を有するリフレクター、実線で示すＰ１ａは第１偏向プリズムＰ１の上側半分を構成する右側偏向部、破線で示すＰ１ｂは第１偏向プリズムＰ１の下側半分を構成する左側偏向部、Ｐ２ａは第２偏向プリズムＰ２の右側半分を構成する上側偏向部、破線で示すＰ２ｂは第２偏向プリズムＰ２の左側半分を構成する下側偏向部、実線で示すＸａは照明光束の上側半分の中心光線、破線で示すＸｂは照明光束の下側半分の中心光線であり、ＡＸはランプ光軸(インテグレータロッド２の光軸と一致している。)、Ｌは表示素子ＤＰの画像表示面の長辺方向(入射端面２ａ，射出端面２ｂの各長辺方向に対応する。)、Ｓは表示素子ＤＰの画像表示面の短辺方向(入射端面２ａ，射出端面２ｂの各短辺方向に対応する。)である。
【００１７】
図１に示す画像投影装置は、表示素子ＤＰの画像表示面を照明するために、ランプ１，インテグレータロッド２，リレー光学系３，第１偏向プリズムＰ１，第２偏向プリズムＰ２等から成る照明光学系ＩＬ１を備えており、また、表示素子ＤＰの画像表示面をスクリーンＳＣに対して斜め方向からミラーのパワーで拡大投影するために、第１〜第４曲面ミラーＭ１〜Ｍ４，屈折レンズＬＮ等から成る投影光学系ＯＰ１を備えている。以下に、各部の構成を更に詳しく説明する。
【００１８】
図２に示すように、ランプ１は光源１ａ，リフレクター１ｂ等を有している。リフレクター１ｂは、光源１ａから発せられた照明光を集光して２次光源を形成する楕円面鏡(集光光学系)であり、ランプ１から射出した照明光がインテグレータロッド２の入射端面２ａ近傍で結像するように構成されている。なお、リフレクター１ｂとして放物面鏡や球面鏡等を用いてもよいが、その場合、光源１ａからの光を集光するために、集光レンズ等と組み合わせて集光光学系を構成する必要がある。
【００１９】
ランプ１から射出した照明光は、図２に示すように、第１偏向プリズムＰ１に入射する。第１偏向プリズムＰ１は、第１偏向プリズムＰ１の上側半分を構成する右側偏向部Ｐ１ａと、第１偏向プリズムＰ１の下側半分を構成する左側偏向部Ｐ１ｂと、から成っている。また、右側偏向部Ｐ１ａと左側偏向部Ｐ１ｂはいずれも直角プリズムから成っており、互いの向きが左右方向(長辺方向Ｌ)に反対になるように配置されている。つまり図２(Ａ)に示すように、右側偏向部Ｐ１ａは右側ほど厚みが増大する向きに配置されており、左側偏向部Ｐ１ｂは左側ほど厚みが増大する向きに配置されている。したがって、第１偏向プリズムＰ１に入射した光束のうち、上側半分は右側へ偏向し、下側半分は左側へ偏向することになる。このように、照明光は第１偏向プリズムＰ１で光路が互いに異なる２つの光束に分割されるが、図２(Ｂ)に示すように、上下方向(短辺方向Ｓ)への光束の分割は行われない。
【００２０】
第１偏向プリズムＰ１で分割された各光束は、第２偏向プリズムＰ２に入射する。第２偏向プリズムＰ２は、第２偏向プリズムＰ２の右側半分を構成する上側偏向部Ｐ２ａと、第２偏向プリズムＰ２の左側半分を構成する下側偏向部Ｐ２ｂと、から成っている。また、上側偏向部Ｐ２ａと下側偏向部Ｐ２ｂはいずれも直角プリズムから成っており、互いの向きが上下方向(短辺方向Ｓ)に反対になるように配置されている。つまり図２(Ｂ)に示すように、上側偏向部Ｐ２ａは上側ほど厚みが増大する向きに配置されており、下側偏向部Ｐ２ｂは下側ほど厚みが増大する向きに配置されている。第１偏向プリズムＰ１で分割された２つの光束のうち、中心光線Ｘａを含む光束は上側偏向部Ｐ２ａで上側へ偏向し、中心光線Ｘｂを含む光束は下側偏向部Ｐ２ｂで下側へ偏向する。その結果、第２偏向プリズムＰ２によって偏向した各光束の中心光線Ｘａ，Ｘｂは、短辺方向Ｓに関しインテグレータロッド２の入射端面２ａに対して垂直に入射することになる。このように、第２偏向プリズムＰ２によって各光束は偏向し、各光束から成る光源像がインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置することになるが、図２(Ａ)に示すように、左右方向(長辺方向Ｌ)への光束の偏向は行われない。
【００２１】
第２偏向プリズムＰ２から射出した照明光は、入射端面２ａからインテグレータロッド２に入射する。インテグレータロッド２は、４枚の平面ミラーを貼り合わせて成る中空ロッド方式の光強度均一化手段であり、前述したように２次光源近傍に入射端面２ａを有している。入射端面２ａから入射してきた照明光は、インテグレータロッド２の側面(すなわち内壁面)で何度も繰り返し反射されることによりミキシングされ、照明光の空間的なエネルギー分布が均一化されて射出端面２ｂから射出する。インテグレータロッド２の入射端面２ａと射出端面２ｂの形状は、表示素子ＤＰの画像表示面と相似の四角形になっており、また、インテグレータロッド２の射出端面２ｂは表示素子ＤＰの画像表示面に対して共役になっている。したがって、上記ミキシング効果により射出端面２ｂでの輝度分布が均一化されることにより、表示素子ＤＰは効率良く均一に照明されることになる。なお、インテグレータロッド２は中空ロッドに限らず、四角柱形状のガラス体から成るガラスロッドでもよい。また、表示素子ＤＰの画像表示面形状と適合するならば、その側面についても４面に限らない。したがって、用いるインテグレータロッド２としては、複数枚の反射ミラーを組み合わせて成る中空筒体、多角柱形状のガラス体等が挙げられる。
【００２２】
インテグレータロッド２の入射端面２ａ又は射出端面２ｂの近傍には、カラー表示のために射出光色を時分割で変化させるカラーホイールを配置してもよい。カラーホイールは、表示素子ＤＰをカラーシーケンシャル方式で照明するためのカラーフィルタから成っており、照明光透過位置のフィルタ部分が回転移動することにより射出光の色を変化させるものである。また、ＵＶ(ultraviolet ray)−ＩＲ(infrared ray)カットフィルターを配置することにより、照明光から紫外線と赤外線をカットするように構成してもよい。
【００２３】
図１に示すようにインテグレータロッド２から射出した照明光は、照明用のリレー光学系３に入射する。リレー光学系３は、照明光をリレーしてインテグレータロッド２の射出端面２ｂを表示素子ＤＰの画像表示面上で結像させる。つまり、表示素子ＤＰの画像表示面上にはインテグレータロッド２の射出端面２ｂの像が形成されることになる。表示素子ＤＰの画像表示面では、照明光の強度変調により２次元画像が形成される。ここでは、表示素子ＤＰとしてデジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)を想定している。ただし、使用される表示素子ＤＰはこれに限らず、投影光学系ＯＰ１に適した他の非発光・反射型(又は透過型)の表示素子(例えば液晶表示素子)を用いても構わない。表示素子ＤＰとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合、それに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(例えば±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが投影光学系ＯＰ１に入射してスクリーンＳＣ上に投射される。投影光学系ＯＰ１では第１〜第４曲面ミラーＭ１〜Ｍ４と背面ミラーＭＦによって光路が画像表示面の短辺方向Ｓに平行な面内で折り曲げられ、第１〜第４曲面ミラーＭ１〜Ｍ４のパワーにより画像表示面がスクリーンＳＣ上に拡大投影される。
【００２４】
第１の実施の形態のように、画像表示面を均一に照明するためにインテグレータロッドを備えた照明光学系では、その入射端面で光束の取りこぼしが生じないようにしなければならない。光束の取りこぼしが生じると、光線の伝達効率の低下によって照明効率が低下してしまうからである。例えば、インテグレータロッドの入射端面のサイズが小さく、そのアスペクト比が１６：９である場合、ランプからの集光光束はインテグレータロッドの入射端面のサイズよりも大きなスポットサイズで集光することから、特に上下方向(短辺方向Ｓ)における入射端面での光束の取りこぼしが大きくなる。その結果、画像表示面を効率良く照明することができずに、照明効率が低下することになる。
【００２５】
第１の実施の形態では、一般的な直方体形状のインテグレータロッドを用いた場合でも高い照明効率が得られるようにするため、ランプ１からインテグレータロッド２までの光路間において、ランプ１からの照明光を第１偏向プリズムＰ１で上下２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像を第２偏向プリズムＰ２でインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置させている。このように、第１偏向プリズムＰ１でランプ１からの光束を上下(短辺方向Ｓ)に２分割することにより、各スポットサイズを小さくすることができる。さらに、インテグレータロッド２の入射端面２ａのサイズやそのアスペクト比１６：９に合うように、第２偏向プリズムＰ２で集光光束をインテグレータロッド２に入射させることができる。したがって、入射端面２ａでの光束の取りこぼしを小さくすることができ、その結果、画像表示面を効率良く照明することが可能となる。しかも、インテグレータロッド２は一般的な直方体形状を有するものであるため、コストアップを招くこともない。また第２偏向プリズムＰ２での偏向により、２つの光束の中心光線Ｘａ，Ｘｂが、短辺方向Ｓに関しインテグレータロッド２の入射端面２ａに対して垂直に入射することになるので、分割された各光束が同じ方向に重ね合わされて、リレー光学系３内の瞳位置における光量分布が均一化されるとともに、投影光学系ＯＰ１の瞳形状との重ね合わせによる照明効率の向上も可能である。
【００２６】
一般的な照明光学系では、ランプからの光束をコンデンサーレンズ又は楕円面鏡で集光して、Ｆ１程度(θ＝３０°)の集光光束としてインテグレータロッドに入射させ、Ｆ１程度の光束としてインテグレータロッドから射出させた後、画像表示面を照明する構成になっている。第１の実施の形態のように、ランプ１からの光束を上下に２分割した場合、インテグレータロッド２に入射する集光光束のＦ値は、上下方向(短辺方向Ｓ)においてＦ１．９程度(θ＝１５°)となり、それらＦ１．９程度の集光光束が２つ、入射端面２ａ上で集光することになる。入射端面２ａに入射する光束のＦナンバーが、短辺方向Ｓでは長辺方向Ｌの約２倍になるので、画像表示面への照明光及び画像表示面で変調された画像光のＦナンバーも短辺方向Ｓが長辺方向Ｌの約２倍になる。図１に示すように、複数の曲面ミラーにより光路を画像表示面の短辺方向Ｓに平行な面内で折り曲げる投影光学系ＯＰ１の場合には、短辺方向Ｓの広がり角が小さいので、各ミラーの偏心度合いが小さくて済む。このため、収差性能を良くすることが可能になり、高性能な投影光学系ＯＰ１を実現することができる。また、短辺方向Ｓの広がり角が小さいので、短辺方向Ｓにミラーを小型化することができる。
【００２７】
第１の実施の形態では照明光を上下２つの光束に分割する構成を採用しているが、照明光束の分割・偏向はこれに限るものではない。光源からインテグレータロッドまでの光路間に、光源からの照明光を光路が互いに異なる少なくとも２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像をインテグレータロッドの入射端面上に位置させる偏向手段を有する構成を採用すれば、少なくとも２つの光源像をインテグレータロッドの入射端面の長辺方向、短辺方向又は対角方向に並べることにより、入射端面での光束の取りこぼしをなくすことができる。その結果、光線の伝達効率の向上によって高い照明効率を得ることが可能となる。さらに、インテグレータロッドを複雑な形状にする必要がないので、インテグレータロッドの製造時における負荷を削減することができ、コストアップを抑えることが可能となる。また、インテグレータロッドの入射端面に対する各光束の位置関係を調整して光のロスが生じないようにするため、例えば第１の実施の形態では、第１偏向プリズムＰ１における右側偏向部Ｐ１ａと左側偏向部Ｐ１ｂの配置を入れ替えたり、第１偏向プリズムＰ１をランプ光軸ＡＸに垂直な軸を中心に傾けたりした構成を採用してもよく、第２偏向プリズムＰ２における上側偏向部Ｐ２ａと下側偏向部Ｐ２ｂの配置を入れ替えたり、第２偏向プリズムＰ２をランプ光軸ＡＸに垂直な軸を中心に傾けたりした構成を採用してもよい。
【００２８】
第１の実施の形態(図２)のように、集光光学系の直後に配置された第１偏向プリズムＰ１と、インテグレータロッドの直前に配置された第２偏向プリズムＰ２と、で偏向手段を構成することは、偏向手段を小型化する上で好ましい。つまり、前述した偏向手段を第１，第２偏向プリズムＰ１，Ｐ２で構成し、さらに第２偏向プリズムＰ２をインテグレータロッドの直前に配置すれば、第２偏向プリズムＰ２の小型化が可能になる。
【００２９】
《第２の実施の形態(図３，図４)》
図３に、第２の実施の形態に係る照明光学系ＩＬ２の要部を拡大して示す。図３(Ａ)は照明光学系ＩＬ２の上面図であり、図３(Ｂ)は照明光学系ＩＬ２の側面図である。この照明光学系ＩＬ２の特徴はリフレクター４ｂの反射面形状にあり、その基本構成は前記第１の実施の形態と同様である。図４に示すように、リフレクター４ｂの反射面は、ランプ光軸ＡＸを基準として左右方向(長辺方向Ｌ)に等しい角度で回転させて成る２つの楕円反射面α，βの組み合わせから成っている。したがってリフレクター４ｂは、光源４ａから発せられた照明光を集光して２次光源を形成する楕円面鏡(集光光学系)として作用すると同時に、照明光学系ＩＬ１に用いられている第１偏向プリズムＰ１としても作用する。
【００３０】
図３(Ｂ)に示すように、ランプ４において光源４ａから発せられた照明光はリフレクター４ｂに入射する。リフレクター４ｂの反射面は、その上側半分を構成する楕円反射面αと、下側半分を構成する楕円反射面βと、から成っている。２つの楕円反射面α，βの向きは、左右方向(長辺方向Ｌ)に反対になるように配置されている。つまり図４に示すように、楕円反射面αはランプ光軸ＡＸの右側に傾いた向きに配置されており、楕円反射面βはランプ光軸ＡＸの左側に傾いた向きに配置されている。したがって、リフレクター４ｂに入射した光のうち、上側半分は右側へ偏向し、下側半分は左側へ偏向することになる。このように、照明光はリフレクター４ｂで光路が互いに異なる２つの光束に分割されるが、図３(Ｂ)に示すように、上下方向(短辺方向Ｓ)への光束の分割は行われない。
【００３１】
リフレクター４ｂで分割された各光束は、偏向プリズムＰ２に入射する。この偏向プリズムＰ２は、照明光学系ＩＬ１に用いられている第２偏向プリズムＰ２と同じ構成を有している。つまり、偏向プリズムＰ２は、偏向プリズムＰ２の右側半分を構成する上側偏向部Ｐ２ａと、偏向プリズムＰ２の左側半分を構成する下側偏向部Ｐ２ｂと、から成っている。また、上側偏向部Ｐ２ａと下側偏向部Ｐ２ｂはいずれも直角プリズムから成っており、互いの向きが上下方向(短辺方向Ｓ)に反対になるように配置されている。つまり図３(Ｂ)に示すように、上側偏向部Ｐ２ａは上側ほど厚みが増大する向きに配置されており、下側偏向部Ｐ２ｂは下側ほど厚みが増大する向きに配置されている。リフレクター４ｂで分割された２つの光束のうち、中心光線Ｘａを含む光束は上側偏向部Ｐ２ａで上側へ偏向し、中心光線Ｘｂを含む光束は下側偏向部Ｐ２ｂで下側へ偏向する。その結果、偏向プリズムＰ２によって偏向した各光束の中心光線Ｘａ，Ｘｂは、短辺方向Ｓに関しインテグレータロッド２の入射端面２ａに対して垂直に入射することになる。このように、偏向プリズムＰ２によって各光束は偏向し、各光束から成る光源像がインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置することになるが、図３(Ａ)に示すように、左右方向(長辺方向Ｌ)への光束の偏向は行われない。
【００３２】
上記のようにリフレクター４ｂは、集光光学系と偏向手段の両機能を有している。したがって、リフレクター４ｂから成る集光光学系と、インテグレータロッド２の直前に配置された偏向プリズムＰ１と、で偏向手段が構成されていることになる。このように、リフレクターに偏向手段の機能を持たせれば、ランプ直後にサイズの大きな偏向プリズムを配置する必要がないため、部品点数の削減による低コスト化が可能となる。また、第２の実施の形態では照明光を上下２つの光束に分割する構成を採用しているが、照明光束の分割・偏向はこれに限るものではない。リフレクターの反射面が集光光学系の光軸を基準として互いに異なる上下方向又は左右方向に回転させて成る少なくとも２つの反射面の組み合わせから成る構成を採用すれば、上記部品点数の削減による低コスト化とともに、第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。また、前記投影光学系ＯＰ１との組み合わせにより得られる効果も第１の実施の形態と同様である。
【００３３】
《第３の実施の形態(図５)》
図５に、第３の実施の形態に係る照明光学系ＩＬ３の要部を拡大して示す。図５(Ａ)は照明光学系ＩＬ３の上面図、図５(Ｂ)は照明光学系ＩＬ３の側面図、図５(Ｃ)は照明光学系ＩＬ３の斜視図であり、図５(Ｄ)は図５(Ｃ)の位置Ｘ１における光束断面図、図５(Ｅ)は図５(Ｃ)の位置Ｘ２における光束断面図、図５(Ｆ)は図５(Ｃ)の位置Ｘ３における光束断面図である。また図５において、５はランプ、５ａは光源、５ｂは放物面鏡から成るリフレクター、６は集光レンズ、Ｐ３は第１偏向プリズム、Ｐ４は第２偏向プリズム、Ｐ５は第３偏向プリズムである。
【００３４】
図５に示すように、ランプ５は光源５ａ，リフレクター５ｂ等を有している。リフレクター５ｂの反射面は放物面から成っているので、光源５ａから発せられた照明光はリフレクター５ｂでの反射により平行光束となる。ランプ５から射出した照明光は、集光レンズ６に入射する。集光レンズ６は２次光源を形成するための集光光学系であり、照明光がインテグレータロッド２の入射端面２ａ近傍で結像するように構成されている。つまり、ランプ５と集光レンズ６との組み合わせにより、照明光学系ＩＬ１に用いられているランプ１と同様の光学的作用が得られる。
【００３５】
集光レンズ６から射出した照明光は、インテグレータロッド２の直前に配置された偏向手段に入射する。偏向手段は、集光レンズ６側から順に、第１偏向プリズムＰ３と、第２偏向プリズムＰ４と、第３偏向プリズムＰ５と、の３つの偏向プリズムから成っている。このように、インテグレータロッド２の直前に偏向手段を配置することにより、集光レンズ６の直後に偏向手段を配置するよりも、偏向手段の小型化及び低コスト化が可能となる。
【００３６】
第１偏向プリズムＰ３はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが薄くなる形状を有しており、第２偏向プリズムＰ４はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが厚くなる形状を有しており、第３偏向プリズムＰ５はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが厚くなる形状を有している。そして、第１偏向プリズムＰ３では偏向が上下方向(短辺方向Ｓ)に行われるのに対し、第３偏向プリズムＰ５では偏向が左右方向(長辺方向Ｌ)に行われ、第２偏向プリズムＰ４ではその中間方向に偏向が行われる。したがって、図５(Ｄ)に示す断面形状の照明光束は、第１偏向プリズムＰ３によって図５(Ｅ)に示すように上下に２分割され、第２，第３偏向プリズムＰ４，Ｐ５によって図５(Ｆ)に示すように左右方向に重なり合った状態から入射端面２ａで結像する。
【００３７】
第１偏向プリズムＰ３と第２偏向プリズムＰ４の形状を上記のようにすることで、第１偏向プリズムＰ３から第２偏向プリズムＰ４への入射角度をゆるくすることができる。その結果、プリズム透過後の光学性能が良くなり、照明光束を効率良く集光させることが可能となる。また、第３偏向プリズムＰ５の形状を上記のようにすることで、分割された各光束が同じ方向に重ね合わされて、リレー光学系３内の瞳位置における光量分布が均一化されるとともに、投影光学系ＯＰ１(図１)の瞳形状との重ね合わせによる照明効率の向上も可能となる。また、ランプ５からインテグレータロッド２までの光路間に、ランプ５からの照明光を光路が互いに異なる２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像をインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置させる偏向手段が配置された構成になっているので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。そして、前記投影光学系ＯＰ１との組み合わせにより得られる効果も第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
《第４の実施の形態(図６)》
図６に、第４の実施の形態に係る照明光学系ＩＬ４の要部を拡大して示す。図６(Ａ)は照明光学系ＩＬ４の上面図、図６(Ｂ)は照明光学系ＩＬ４の側面図、図６(Ｃ)は照明光学系ＩＬ４の斜視図であり、図６(Ｄ)は図６(Ｃ)の位置Ｘ１における光束断面図、図６(Ｅ)は図６(Ｃ)の位置Ｘ２における光束断面図、図６(Ｆ)は図６(Ｃ)の位置Ｘ３における光束断面図である。この照明光学系ＩＬ４の特徴は、第１偏向プリズムＰ６と第２偏向プリズムＰ７が一体的に構成されている点にあり、その基本構成は前記第３の実施の形態と同様である。第１偏向プリズムＰ６と第２偏向プリズムＰ７を一体で構成する(例えば、樹脂で一体成形する。)ことにより、部品点数を削減することができ、その結果として、製造時の負担軽減とコストの低減を達成することができる。
【００３９】
集光レンズ６から射出した照明光は、インテグレータロッド２の直前に配置された偏向手段に入射する。偏向手段は、集光レンズ６側から順に、第１偏向プリズムＰ６と、第２偏向プリズムＰ７と、第３偏向プリズムＰ５と、の３つの偏向プリズムから成っている。このように、インテグレータロッド２の直前に偏向手段を配置することにより、集光レンズ６の直後に偏向手段を配置するよりも、偏向手段の小型化及び低コスト化が可能となる。
【００４０】
第１偏向プリズムＰ６はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが厚くなる形状を有しており、第２偏向プリズムＰ７はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが薄くなる形状を有しており、第３偏向プリズムＰ５はインテグレータロッド２の光軸ＡＸに近い部分の厚みが厚くなる形状を有している。そして、第１偏向プリズムＰ６では偏向が上下方向(短辺方向Ｓ)に行われるのに対し、第３偏向プリズムＰ５では偏向が左右方向(長辺方向Ｌ)に行われ、第２偏向プリズムＰ７ではその中間方向に偏向が行われる。したがって、図６(Ｄ)に示す断面形状の照明光束は、第１偏向プリズムＰ６によって図６(Ｅ)に示すように上下方向に重ね合わされ、第２，第３偏向プリズムＰ７，Ｐ５によって図６(Ｆ)に示すように左右方向に重なり合った状態から入射端面２ａで結像する。
【００４１】
第４の実施の形態においても、ランプ５からインテグレータロッド２までの光路間に、ランプ５からの照明光を光路が互いに異なる２つの光束に分割し、分割された各光束から成る光源像をインテグレータロッド２の入射端面２ａ上に位置させる偏向手段が配置された構成になっているので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。そして、前記投影光学系ＯＰ１との組み合わせにより得られる効果も第１の実施の形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】照明光学系の第１の実施の形態を備えた画像投影装置の光学構成全体を示す光路図。
【図２】照明光学系の第１の実施の形態の要部を示す光学構成図。
【図３】照明光学系の第２の実施の形態の要部を示す光学構成図。
【図４】第２の実施の形態におけるリフレクターの反射面形状を示す模式図。
【図５】照明光学系の第３の実施の形態の要部を示す光学構成図。
【図６】照明光学系の第４の実施の形態の要部を示す光学構成図。
【符号の説明】
【００４３】
ＩＬ１〜ＩＬ４    照明光学系
ＯＰ１    投影光学系
１，４，５    ランプ
１ａ，４ａ，５ａ    光源
１ｂ    リフレクター(集光光学系)
４ｂ    リフレクター(集光光学系，偏向手段)
５ｂ    リフレクター
２    インテグレータロッド
２ａ    入射端面
２ｂ    射出端面
３    リレー光学系
Ｐ１    第１偏向プリズム(偏向手段)
Ｐ１ａ    右側偏向部
Ｐ１ｂ    左側偏向部
Ｐ２    第２偏向プリズム(偏向手段)
Ｐ２ａ    上側偏向部
Ｐ２ｂ    下側偏向部
Ｐ３，Ｐ６    第１偏向プリズム(偏向手段)
Ｐ４，Ｐ７    第２偏向プリズム(偏向手段)
Ｐ５    第３偏向プリズム(偏向手段)
６    集光レンズ(集光光学系)
ＤＰ    表示素子
Ｍ１〜Ｍ４    第１〜第４曲面ミラー
ＳＣ    スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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